(57)【要約】  弾性表面波の音速の高速化及び電気機械結合係数ｋ２の増大を図ることができ、さらに反射係数を高め得る、弾性表面波装置を提供する。  Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板２ａと、サファイア基板２ａ上に形成されており、オイラー角（φ，θ，ψ）で（９０°，９０°，−１５°〜１５°）または（０°，９０°，−１５°〜１５°）のＬｉＮｂＯ３膜２ｂとを有する圧電基板と、圧電基板上に形成されており、かつ金属からなる電極３とを備える、弾性表面波装置１。
2011037145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板と、
前記サファイア基板上に形成されており、オイラー角（φ，θ，ψ）で（９０°，９０°，−１５°〜１５°）のＬｉＮｂＯ３膜とを有する圧電基板と、
前記圧電基板上に形成されており、かつ金属からなる電極とを備える、弾性表面波装置。
【請求項２】
弾性表面波の１次モードを利用しており、弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°以上、＋５°以下である場合に０．１λ〜１．６λの範囲にあり、ψが−１５°以上、−５°未満あるいは＋５°より大きく、＋１５°以下である場合に、０．１８λ〜０．７５λの範囲である、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
弾性表面波の２次モードを利用しており、弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°〜５°の場合に０．４λ〜１．６λの範囲にある、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項４】
弾性表面波の３次モードを利用しており、弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°〜５°の場合に０．６λ〜１．６λの範囲にある、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項５】
前記電極がＡｌからなり、弾性表面波の波長をλとしたときに、Ａｌからなる電極の厚みが、０．０２λ〜０．１６λの範囲にある、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項６】
前記電極のメタライゼーション比が０．２〜０．７の範囲にある、請求項５に記載の弾性表面波装置。
【請求項７】
Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板と、
前記サファイア基板上に形成されており、かつオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，９０°，−１５°〜１５°）であるＬｉＮｂＯ３膜とを有する圧電基板と、
前記圧電基板上に形成されており、金属からなる電極とを備える、弾性表面波装置。
【請求項８】
弾性表面波の１次モードを利用しており、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°以上、＋５°以下である場合に０．１λ〜１．６λの範囲にあり、ψが−１５°以上、−５°未満あるいは＋５°より大きく、＋１５°以下である場合に、０．１７λ〜０．８λの範囲である、請求項７に記載の弾性表面波装置。
【請求項９】
弾性表面波の２次モードを利用しており、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°〜５°の場合に０．４λ〜１．６λの範囲にある、請求項７に記載の弾性表面波装置。
【請求項１０】
弾性表面波の３次モードを利用しており、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°〜５°の場合に０．６λ〜１．０λの範囲にある、請求項７に記載の弾性表面波装置。
【請求項１１】
前記電極がＡｌからなり、弾性表面波の波長をλとしたときに、Ａｌからなる電極の厚みが、０．０２λ〜０．１６λの範囲にある、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項１２】
前記電極のメタライゼーション比が０．２〜０．７の範囲にある、請求項１１に記載の弾性表面波装置。
【請求項１３】
弾性表面波の１次モードを利用しており、前記圧電基板が、前記Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板と前記ＬｉＮｂＯ３膜との間に設けられた短絡電極をさらに備えている、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項１４】
前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が０．１５λ〜１．６λの範囲にある、請求項１３に記載の弾性表面波装置。
【請求項１５】
弾性表面波の２次モードを利用しており、前記圧電基板が、前記Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板と前記ＬｉＮｂＯ３膜との間に設けられた短絡電極をさらに備えている、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項１６】
前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が０．４λ〜１．６λの範囲、好ましくは０．６λ〜１．６λの範囲にある、請求項１５に記載の弾性表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、サファイア基板上にエピタキシャルＬｉＮｂＯ３膜が積層されている圧電基板を用いた弾性表面波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信機器等における高周波化に伴って、弾性表面波装置においても、高周波化が求められている。また、弾性表面波フィルタなどにおいては、広帯域化も強く求められている。【０００３】
高周波化及び広帯域化を図るには、弾性表面波の音速及び電気機械結合係数ｋ２が大きいことが求められる。【０００４】
そこで、下記の特許文献１には、上記のような要求を満たすために、図３２に示す弾性表面波装置１００１が開示されている。【０００５】
弾性表面波装置１００１では、（０１２）サファイア基板１００２上に（１００）ＬｉＮｂＯ３膜１００３が積層されている圧電基板１００４が用いられている。圧電基板１００４上に、入力電極１００５及び出力電極１００６が設けられている。サファイア基板１００２上のｃ軸の投影線方向と、ＬｉＮｂＯ３膜１００３のｃ軸方向とは平行である。そのため、弾性表面波の伝搬方向を制御することにより、弾性表面波の音速及び電気機械結合係数ｋ２を高めることができるとされている。【０００６】
他方、下記の特許文献２には、（０１２）サファイア基板上に、（０１２）ＬｉＮｂＯ３膜を積層してなる圧電基板や、（０１２）サファイア基板上に、（１００）ＬｉＮｂＯ３膜を積層してなる圧電基板を用いた弾性表面波装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３２２１５８号公報
【特許文献２】ＷＯ９８／５６１０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２に記載の弾性表面波装置では、（０１２）サファイア基板すなわちＲ面サファイア基板上に、（１００）ＬｉＮｂＯ３膜や（０１２）ＬｉＮｂＯ３膜を積層してなる圧電基板を用いることにより、弾性表面波の速度や電気機械結合係数の向上が図られていた。しかしながら、近年、より一層の高周波化や広帯域化が求められており、弾性表面波の音速及び電気機械結合係数ｋ２の増大がより一層強く求められている。【０００９】
また、弾性表面波装置の小型化を図るために、反射係数を高めることも強く求められている。【００１０】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、従来の弾性表面波装置に比べて、より一層弾性表面波の音速の高速化及び電気機械結合係数ｋ２の増大を図ることができ、さらに反射係数を高め得る、弾性表面波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の発明者は、弾性表面波装置における弾性表面波の高速化を実現するために始終検討した結果、Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板上に、ＬｉＮｂＯ３膜を積層してなる圧電基板を用いた構成において、特定の結晶方位のサファイア基板と、特定の結晶方位のＬｉＮｂＯ３膜を組み合わせた場合に弾性表面波の音速を効果的に高めることを見出し、本発明を成すに至った。【００１２】
すなわち、上記特定のサファイア基板と、上記特定のＬｉＮｂＯ３膜を用いることにより、弾性表面波の音速を高め得ることは本願出願時において当業者において予測し得るものではなく、本発明の特定の組み合わせを用いることで初めて弾性表面波の音速を効果的に高め得るものである。【００１３】
本発明のある広い局面によれば、Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板と、前記サファイア基板上に形成されており、オイラー角（φ，θ，ψ）で（９０°，９０°，−１５°〜１５°）のＬｉＮｂＯ３膜とを有する圧電基板と、前記圧電基板上に形成されており、かつ金属からなる電極とを備える、弾性表面波装置が提供される。【００１４】
本発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、弾性表面波の１次モードを利用しており、弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°以上、＋５°以下である場合、すなわち、０°±５°の範囲内の場合に０．１λ〜１．６λの範囲にあり、好ましくは０．１５λ〜０．９λの範囲にあり、ψが−１５°以上、−５°未満あるいは＋５°より大きく、＋１５°以下である場合に０．１８λ〜０．７５λの範囲内である。それによって、弾性表面波の音速をより一層速くし、かつ電気機械結合係数ｋ２をより一層大きくすることができる。【００１５】
本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、弾性表面波の２次モードを利用しており、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°〜５°の場合に０．４λ〜１．６λの範囲にあり、好ましくは０．６λ〜１．６λの範囲にある。【００１６】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、弾性表面波の３次モードを利用しており、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°〜５°の場合に０．６λ〜１．６λの範囲にある。この場合には、３次モードを利用することにより、より一層の高周波化を図ることができ、かつ弾性表面波の音速の向上及び電気機械結合係数ｋ２の増大をより一層図ることができる。【００１７】
本発明に係る弾性表面波装置の別の特定の局面では、前記電極がＡｌからなり、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、Ａｌからなる電極の厚みが、０．０２λ〜０．１６λの範囲にある。この場合には、電気機械結合係数ｋ２をより一層大きくすることができ、かつ反射係数を高めることができる。【００１８】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記電極のメタライゼーション比が０．２〜０．７の範囲にある。それによって、反射係数をより一層高めることができ、かつ電気機械結合係数ｋ２を高めることができる。【００１９】
本発明の別の広い局面によれば、Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板と、前記サファイア基板上に形成されており、かつオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，９０°，−１５°〜１５°）であるＬｉＮｂＯ３膜とを有する圧電基板と、前記圧電基板上に形成されており、金属からなる電極とを備える、弾性表面波装置が提供される。【００２０】
上記弾性表面波装置のある特定の局面では、弾性表面波の１次モードを利用しており、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°以上、＋５°以下である場合に０．１λ〜１．６λの範囲にあり、好ましくは０．１２λ〜１．２λの範囲にあり、ψが−１５°以上、−５°未満あるいは＋５°より大きく、＋１５°以下である場合に、０．１７λ〜０．８λの範囲である。この場合には、弾性表面波の音速の向上及び電気機械結合係数ｋ２の増大をより一層図ることができる。【００２１】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、弾性表面波の２次モードを利用しており、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°〜５°の場合に０．４λ〜１．６λの範囲にある。【００２２】
本発明に係る弾性表面波装置の別の特定の局面では、弾性表面波の３次モードを利用しており、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が、オイラー角のψが−５°〜５°の場合に０．６λ〜１．０λの範囲にある。【００２３】
本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、電極がＡｌからなり、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、Ａｌからなる電極の厚みが、０．０２λ〜０．１６λ、好ましくは０．０４λ〜０．１４λの範囲にある。この場合には、反射係数を高めることができ、かつ電気機械結合係数ｋ２をより一層高めることができる。【００２４】
本発明の第２の局面により提供される弾性表面波装置の他の特定の局面では、前記電極のメタライゼーション比が０．２〜０．７の範囲にある。この場合には、反射係数を高めることができ、電気機械結合係数ｋ２をより一層高めることができる。【００２５】
本発明に係る弾性表面波装置の別の特定の局面では、弾性表面波の１次モードを利用しており、前記圧電基板が、前記Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板と前記ＬｉＮｂＯ３膜との間に設けられた短絡電極がさらに備えられている。それによって、音速をより高めることができる。【００２６】
本発明に係る弾性表面波装置の別の特定の局面では、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が０．１５λ〜１．６λの範囲、好ましくは０．２λ〜０．７５λの範囲にある。それによって、音速をより高めることができる。【００２７】
本発明に係る弾性表面波装置の別の特定の局面では、弾性表面波の２次モードを利用しており、前記圧電基板が、前記Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板と前記ＬｉＮｂＯ３膜との間に設けられた短絡電極がさらに備えられている。それによって、音速をより高めることができる。【００２８】
本発明に係る弾性表面波装置の別の特定の局面では、前記弾性表面波の波長をλとしたときに、ＬｉＮｂＯ３の膜厚が０．４λ〜１．６λの範囲、好ましくは０．６λ〜１．６λの範囲にある。それによって、音速をより高めることができる。
【発明の効果】
【００２９】
第１の広い局面により提供される弾性表面波装置によれば、Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板上に、オイラー角（９０°，９０°，−１５°〜１５°）のＬｉＮｂＯ３が形成されている圧電基板を用いているため、使用している弾性表面波の音速を速めることができ、かつ電気機械結合係数ｋ２を充分に大きくすることができる。従って、弾性表面波装置の高周波化及び広帯域化を図ることができる。【００３０】
第２の広い局面により提供される弾性表面波装置によれば、Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板上に、オイラー角が（０°，９０°，−１５°〜１５°）であるＬｉＮｂＯ３が形成されている圧電基板を用いているため、使用している弾性表面波の音速を速めることができ、かつ電気機械結合係数ｋ２を充分大きくすることができる。従って、弾性表面波装置の高周波化及び広帯域化を図ることが可能となる。【００３１】
なお、以下においては、ＬｉＮｂＯ３を、場合によってはＬＮと略すこととする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の正面断面図である。
【図２】図２は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図３】図３は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板および（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／短絡電極／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板(図１と図３３の両構造)におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図４】図４は、（９０°，９０°，５°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，５°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図５】図５は、（９０°，９０°，５°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，５°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板（図１の構造）におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図６】図６は、（９０°，９０°，ψ）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，ψ）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、伝搬方向ψと、１次の弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図７】図７は、（９０°，９０°，ψ）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，ψ）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、伝搬方向ψと、１次の弾性表面波の電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図８】図８は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図９】図９は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、（０°，９０°，５°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，５°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、（０°，９０°，５°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，５°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、（０°，９０°，ψ）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，ψ）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、伝搬方向ψと、１次の弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、（０°，９０°，ψ）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，ψ）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、伝搬方向ψと、１次の弾性表面波の電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上にＡｌ膜のすだれ状電極が積層されている１次の弾性表面波装置におけるＬＮ膜の厚みと、Ａｌ膜のすだれ状電極の厚みと、反射係数との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上にＡｌ膜のすだれ状電極が積層されている１次の弾性表面波装置におけるＬＮ膜の厚みと、Ａｌ膜のすだれ状電極の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上にＡｌ膜が積層されている１次の弾性表面波装置におけるＬＮ膜の厚みと、Ａｌ膜のすだれ状電極の厚みと、反射係数との関係を示す図である。
【図１７】図１７は、（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上にＡｌ膜のすだれ状電極が積層されている１次の弾性表面波装置におけるＬＮ膜の厚みと、Ａｌ膜のすだれ状電極の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜の厚みが０．１５λ、圧電基板上に形成されるＡｌ膜のすだれ状電極の厚みが０．０２λである弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と反射係数との関係を示す図である。
【図１９】図１９は、（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜の厚みが０．１５λ、圧電基板上に形成されるＡｌ膜のすだれ状電極の厚みが０．０２λである弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜の厚みが０．１４λ、圧電基板上に形成されるＡｌ膜のすだれ状電極の厚みが０．０１９λである弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と反射係数との関係を示す図である。
【図２１】図２１は、（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜の厚みが０．１４λ、圧電基板上に形成されるＡｌ膜の厚みが０．０１９λである弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。
【図２３】図２３は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。
【図２４】図２４は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，９０°，０°）ａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図２５】図２５は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，９０°，０°）ａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図２６】図２６は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，９０°，０°）ａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図２７】図２７は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，９０°，０°）ａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図２８】図２８は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（９０°，９０°，０°）ｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図２９】図２９は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（９０°，９０°，０°）ｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図３０】図３０は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（９０°，９０°，０°）ｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図３１】図３１は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（９０°，９０°，０°）ｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図３２】図３２は、従来の弾性表面波装置を示す斜視図である。
【図３３】図３３は、すだれ状電極／ＬＮ膜／短絡電極／サファイア構造の正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の詳細を説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の正面断面図である。弾性表面波装置１は、圧電基板２を有する。圧電基板２は、Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板２ａと、Ｒ面、ａ面またはｍ面のサファイア基板２ａ上に積層されたＬｉＮｂＯ３膜２ｂとを有する。上記ＬｉＮｂＯ３膜２ｂは、オイラー角（φ，θ，ψ）で表現すると、（９０°，９０°，−１５°〜１５°）または（０°，９０°，−１５°〜１５°）のＬｉＮｂＯ３膜である。
【００３５】
ＬｉＮｂＯ３膜２ｂ上には、金属からなる電極３が形成されている。電極３は、弾性表面波を励振するための少なくとも１つのすだれ状電極を有する。電極３の構造は特に限定されず、弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタなどの弾性表面波装置の機能に応じた適宜の電極構造を採用することができる。
【００３６】
また、電極３の材料については、適宜の金属を用いることができるが、好ましくはＡｌが用いられる。後述するように、Ａｌからなる電極の厚みやメタライゼーション比を特定の範囲とすることにより、表面波の音速の向上及び／または反射係数の増大を図ることができる。
【００３７】
以下、具体的な実験例に基づき、上記弾性表面波装置１の構成及び効果を明らかにする。
【００３８】
なお、以下においては、サファイア基板及びＬｉＮｂＯ３の結晶方位をオイラー角で示すこととする。Ｒ面サファイアは、オイラー角で（０°，１２２°２３′，ψ）のサファイアであり、ｍ面サファイアは、オイラー角で（９０°，９０°，ψ）であり、ａ面サファイアは、オイラー角で（０°，９０°，ψ）である。
【００３９】
なお、サファイア基板やＬｉＮｂＯ３などの結晶方位を表すのに、オイラー角の他、ミラー指数なども常用されている。オイラー角とミラー指数との関係は以下の通りである。
【００４０】
Ｒ面サファイア：オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）＝ミラー指数（０１２）、ミラー指数では（０１−１２）と表されることもある。
【００４１】
また、オイラー角（９０°，９０°，０°）＝ミラー指数（１００）、オイラー角（０°，９０°，０°）＝ミラー指数（０１０）の関係がある。
【００４２】
なお、図３３は、図１の構造のサファイア基板２ａとＬｉＮｂＯ３膜２ｂとの間に短絡電極４を挿入した変形例の構造を示す正面断面図である。ここでは、電極材料は、Ａｌであるが、電気的に短絡できる限り、Ａｌ以外の金属であってもよい。
【００４３】
〔ＬｉＮｂＯ３／Ｒ面サファイア〕
図２及び図３は、オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイア基板上に、オイラー角（９０°，９０°，０°）のＬｉＮｂＯ３を積層の厚みで形成してなる圧電基板を用いた場合のＬｉＮｂＯ３膜の厚みと、弾性表面波の音速及び図１および図３３に示す両構造の電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。図１と図３３の構造による電気機械結合係数ｋ２の違いはそれほど大きくない。
【００４４】
なお、以下においては、ＬｉＮｂＯ３は、ＬＮ膜と適宜略すこととする。
【００４５】
上記圧電基板上に電極を形成した構造では、図２に示すように、０次の弾性表面波と、高次モードの弾性表面波である１次、２次、３次モードの弾性表面波が励振される。図３から明らかなように、０次の弾性表面波を用いた場合に比べ、１次の弾性表面波及び２次の弾性表面波を用いた場合、大きな電気機械結合係数を得られることがわかる。
【００４６】
通常、ＬｉＮｂＯ３基板を用いた弾性表面波装置では、音速が４０００ｍ／秒程度である。これに対して、図２より、（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアを用いた場合、ＬＮ膜の厚みが１．６λ以下であれば、１次の弾性表面波の音速は約４６００ｍ／秒以上と著しく高め得ることがわかる。同様に、２次の弾性表面波についても、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下、より具体的には、０．４λ〜１．６λの範囲で、音速が５１００ｍ／秒以上と非常に高音速であることがわかる。さらに、３次の弾性表面波では、ＬＮ膜の膜厚が０．６λ〜１．６λの範囲で、弾性表面波の音速が５３００ｍ／秒以上と著しく高められる。
【００４７】
また、図３より、このような音速の速い範囲で、０次の弾性表面波を用いた場合に比べて、１次の弾性表面波、２次の弾性表面波及び３次の弾性表面波を用いた場合、電気機械結合係数ｋ２を高め得ることがわかる。
【００４８】
特に１次の弾性表面波の場合、ＬＮ膜の膜厚が０〜１．６λの全範囲で、０次の弾性表面波の場合に比べて、電気機械結合係数を高め得ることがわかる。好ましくは、図３から、ＬＮ膜の膜厚を０．１λ〜１．６λとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高めることができ、より好ましくは、ＬＮ膜の膜厚を０．１５λ〜０．９λの範囲とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．１５以上とすることができる。
【００４９】
２次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．４λ〜１．６λの範囲において電気機械結合係数ｋ２を０．０２５以上とし得る。より好ましくは、０．６λ〜１．６λの範囲とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０３以上とし得ることがわかる。
【００５０】
また、３次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．１λ〜１．６λとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０３以上とし得ることがわかる。
【００５１】
図３では、本発明の一実施形態である図１の構造および変形例である図３３の構造の両方の構造の電気機械結合係数ｋ２を示している。変形例である図３３の構造と実施形態である図１の構造との相違点は、サファイア基板とＬＮ膜の間に短絡電極を設けた点である。
【００５２】
図３において、１次、２次および３次ＳＡＷと表示したものは図１の構造の電気機械結合係数ｋ２である。また、１次、２次および３次ＳＡＷｖｆｍ−ｖｍｍと表示したものは図３３の構造の電気機械結合係数ｋ２である。
【００５３】
図３から明らかなように、変形例の構造の１次、２次および３次の弾性表面波においても、ＬＮ膜の膜厚を実施形態とほぼ同じ膜厚とすることにより実施形態とほぼ同じ大きさの電気機械結合係数ｋ２が得られることがわかる。
【００５４】
図２及び図３では、ＬＮ膜のオイラー角は（９０°，９０°，０°）であり、Ｒ面サファイアのオイラー角は（０°，１２２°２３′，０°）であったが、伝搬方位ψを変化させた場合どのように変化するかを確かめた。図４及び図５は、ＬＮ膜のオイラー角が（９０°，９０°，５°）、Ｒ面サファイアのオイラー角が（０°，１２２°２３′，５°）の場合のＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速及び電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【００５５】
なお、図４におけるｖｆｆは図１の構造の圧電基板における開放状態の弾性表面波の音速であることを意味する。同様に、後述の図６及び図７等におけるｖｆｆは図１の構造の圧電基板における開放状態の音速を示し、ｖｍｆは短絡状態の音速であることを意味する。
【００５６】
また、図３におけるｖｆｍは図３３の構造の圧電基板における開放状態の弾性表面波の音速であることを意味する。また、ｖｍｍは図３３の構造の圧電基板における短絡状態の音速であることを意味する。
【００５７】
図４及び図５から明らかなように、ＬＮ膜及びＲ面サファイアのオイラー角の伝搬方位ψを０°から５°に変更した場合においても、図２及び図３と同様の傾向があることがわかる。図４及び図５と同様に、ＬＮ膜の伝搬方位ψ及びＲ面サファイアの伝搬方位ψを０°、５°、１０°、２０°、４０°または７０°と変化させ、ＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速と電気機械結合係数ｋ２との関係を求めた。結果を図６及び図７に示す。図７に示すようにψ＝１５°は１０°と２０°の中間にある。
【００５８】
図６から明らかなように、伝搬方位ψが０°、５°、１０°、２０°、４０°または７０°のいずれの場合においても、弾性表面波の音速は、ＬＮ膜の厚みが厚くなるにつれて低下するが、ＬＮ膜の厚みが０．８λ以下の範囲では、いずれの場合においても、弾性表面波の音速を４０００ｍ／秒以上と高め得ることがわかる。
【００５９】
特に、ψが２０°よりも小さければ、ＬＮ膜の厚みが０．８λ以下の範囲で、弾性表面波の音速を４３００ｍ／秒以上、好ましくは、ψを１０°以下とすることにより、４４００ｍ／秒以上と速め得ることがわかる。
【００６０】
また、図７から明らかなように、伝搬方位ψを２０°よりも小さくすることにより、大きな電気機械結合係数ｋ２が得られることがわかる。好ましくは、伝搬方位ψは１５°以下であることが望ましく、それによって電気機械結合係数ｋ２を高めることができ、図７より、より好ましくは、伝搬方位ψを５°以下とすれば、大きな電気機械結合係数ｋ２を得られることがわかる。
【００６１】
従って、図４〜図７から明らかなように、オイラー角（９０°，９０°，ψ）のＬｉＮｂＯ３／オイラー角（０°，１２２°２３′，ψ）サファイアの積層構造において、伝搬方位ψは、２０°より小さく、好ましくは１５°以下、より好ましくは５°以下の範囲であれば、弾性表面波の音速を高め、かつ電気機械結合係数ｋ２を効果的に高め得ることがわかる。
【００６２】
より具体的には、ＬＮ膜の膜厚が、オイラー角のψが−５°以上、＋５°以下である場合には、０．１λ〜１．６λの範囲とすることにより、ψが−１５°以上、−５°未満、または＋５°より大きく、＋１５°以下である場合には、０．１８λ〜０．７５λの範囲とすれば、電気機械結合係数ｋ２を効果的に高めることができる。
【００６３】
なお、伝搬方位ψは負の値であっても、正の値と同様の結果が得られるため、Ｒ面サファイアのオイラー角は（０°，１２２°２３′，０°±１５°）、言い換えれば（０°，１２２°２３′，−１５°〜１５°）の範囲であり、好ましくは（０°，１２２°２３′，−５°〜５°）であればよいことがわかる。
【００６４】
〔オイラー角（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイア〕
図８及び図９は、オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイア基板上に、オイラー角（０°，９０°，０°）のＬｉＮｂＯ３膜を形成してなる圧電基板を用いた図１の構造の場合のＬｉＮｂＯ３膜の厚みと、弾性表面波の音速及び電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。
【００６５】
上記圧電基板上に電極を形成した構造では、図８に示すように、０次の弾性表面波と、１次及び２次、３次の弾性表面波が励振される。図から明らかなように、０次の弾性表面波を用いた場合に比べ、１次の弾性表面波及び２次、３次の弾性表面波を用いた場合、大きな電気機械結合係数を得られることがわかる。
【００６６】
通常、ＬｉＮｂＯ３基板を用いた弾性表面波装置では、音速が４０００ｍ／秒程度である。これに対して、（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアを用いた場合、ＬＮ膜の厚みが１．６λ以下の全範囲であれば、１次弾性表面波の音速は約４４００ｍ／秒以上と著しく高め得ることがわかる。同様に、２次の弾性表面波についても、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下、より具体的には、０．４λ〜１．６λの範囲で、音速が５３００ｍ／秒以上と非常に高音速であることがわかる。さらに、３次の弾性表面波では、ＬＮ膜の膜厚が０．６５λ〜０．９λの範囲で、弾性表面波の音速が４９００ｍ／秒以上と著しく高められる。
【００６７】
また、図９より、このような音速の速い範囲で、０次の弾性表面波を用いた場合に比べて、１次の弾性表面波、２次の弾性表面波及び３次の弾性表面波を用いた場合、電気機械結合係数ｋ２を高め得ることがわかる。特に１次の弾性表面波の場合、ＬＮ膜の膜厚が０〜１．６λの全範囲で、０次の弾性表面波の場合に比べて、電気機械結合係数を高め得ることがわかる。好ましくは、図９から、ＬＮ膜の膜厚を０．１λ〜１．６λとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高めることができ、より好ましくは、ＬＮ膜の膜厚を０．１４λ〜１．２λの範囲とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．１５λ以上とすることができる。
【００６８】
２次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．４λ〜１．６λの範囲とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２５以上、より好ましくは、０．６λ〜１．６λとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０３以上とし得ることがわかる。
【００６９】
また、３次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．６λ〜１．６λとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２以上とし得ることがわかる。
【００７０】
図８及び図９では、ＬＮ膜のオイラー角は（０°，９０°，０°）であり、Ｒ面サファイアのオイラー角は（０°，１２２°２３′，０°）であったが、伝搬方位ψを変化させた場合どのように変化するかを確かめた。図１０及び図１１は、ＬＮ膜のオイラー角が（０°，９０°，５°）、Ｒ面サファイアのオイラー角が（０°，１２２°２３′，５°）の場合のＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速及び電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【００７１】
図１０及び図１１から明らかなように、ＬＮ膜及びＲ面サファイアのオイラー角の伝搬方位ψを０°から５°に変更した場合においても、図８及び図９と同様の傾向があることがわかる。図１０及び図１１と同様に、ＬＮ膜の伝搬方位ψ及びＲ面サファイアの伝搬方位ψを０°、５°、１０°、２０°、４０°または７０°と変化させ、ＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速と電気機械結合係数ｋ２との関係を求めた。結果を図１２及び図１３に示す。
【００７２】
図１２から明らかなように、伝搬方位ψが０°、５°、１０°、２０°、４０°または７０°のいずれの場合においても、弾性表面波の音速は、ＬＮ膜の厚みが厚くなるにつれて低下するが、ＬＮ膜の厚みが０．９λ以下の範囲では、いずれの場合においても、弾性表面波の音速を４０００ｍ／秒以上と高め得ることがわかる。特に、ψが２０°よりも小さければ、ＬＮ膜の厚みが０．９λ以下の全範囲で、弾性表面波の音速を４４００ｍ／秒以上、好ましくは、ψを１０°以下とすることにより、４５００ｍ／秒以上と速め得ることがわかる。
【００７３】
また、図１３から明らかなように、伝搬方位ψを２０°よりも小さくすることにより、大きな電気機械結合係数ｋ２が得られることがわかる。好ましくは、伝搬方位ψは１５°以下であることが望ましく、それによって電気機械結合係数ｋ２を高めることができ、図７より、より好ましくは、伝搬方位ψを１０°以下とすれば、大きな電気機械結合係数ｋ２を得られることがわかる。
【００７４】
従って、図１０〜図１３から明らかなように、オイラー角（０°，９０°，ψ）のＬｉＮｂＯ３／オイラー角（０°，１２２°２３′，ψ）Ｒ面サファイアの積層構造において、伝搬方位ψは、２０°より小さく、好ましくは１５°以下、より好ましくは１０°以下の範囲であれば、弾性表面波の音速を高め、かつ電気機械結合係数ｋ２を効果的に高め得ることがわかる。
【００７５】
なお、伝搬方位ψは負の値であっても、正の値と同様の結果が得られるため、Ｒ面サファイアのオイラー角は（０°，１２２°２３′，０°±１５°）、言い換えれば（０°，１２２°２３′，−１５°〜１５°）の範囲であり、より好ましくは（０°，１２２°２３′，−５°〜５°）であればよいことがわかる。
【００７６】
より具体的には、ＬＮ膜の膜厚が、オイラー角のψが−５°以上、＋５°以下である場合には、０．１λ〜１．６λの範囲とすることにより、ψが−１５°以上、−５°未満、または＋５°より大きく、＋１５°以下である場合には、０．１８λ〜０．７５λの範囲とすれば、電気機械結合係数ｋ２を効果的に高めることができる。
【００７７】
〔ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアを用いた場合のＡｌからなる電極の厚み及びメタライゼーション比〕
本願発明者は、上記のように、オイラー角（０°，１２２°３９′，−１５°〜１５°）のＲ面サファイア上に、オイラー角（９０°，９０°，０°）または（０°，９０°，０°）のＬＮ膜を積層した圧電基板を用いれば、弾性表面波の高音速化及び電気機械結合係数ｋ２の増大を図り得ることを見出した。さらに、電極として、Ａｌを用いた場合、Ａｌ膜の厚みを特定の範囲とすれば、反射係数や電気機械結合係数ｋ２を高め得ることを見出した。
【００７８】
図１４及び図１５は、オイラー角（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上に、Ａｌ膜を積層した弾性表面波装置におけるＡｌ膜の厚みと、ＬＮ膜の厚みと、反射係数との関係を示す図及びＡｌ膜の厚みとＬＮ膜と電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。図１４及び図１５は、１次の弾性表面波についての結果である。
【００７９】
図１４及び図１５において、Ａｌからなる電極のメタライゼーション比は０．５とした。
【００８０】
図１４から明らかなように、ＬＮ膜の厚みは０．１５λ、０．２λ、０．３λまたは０．８λのいずれの場合においても、Ａｌ膜の厚みが厚くなるにつれて反射係数は高くなることがわかる。特に、図１５より、Ａｌ膜の厚みが０．０２λ以上、０．１６λ以下であれば、電気機械結合係数ｋ２を０．０８以上と高くし得ることがわかる。
【００８１】
従って、０．１以上の大きな反射係数と、０．０８以上の電気機械結合係数ｋ２を得るには、Ａｌ膜の厚みは０．０２λ〜０．１６λの範囲とすればよいことがわかる。より好ましくは、Ａｌ膜の厚みを０．０４以上、０．１４以下とすることにより、反射係数を０．１５以上、電気機械結合係数ｋ２を０．１以上とし得ることがわかる。
【００８２】
図１６及び図１７は、オイラー角（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上に、Ａｌ膜を積層した弾性表面波装置におけるＡｌ膜の厚みと、ＬＮ膜の厚みと、反射係数との関係を示す図及びＡｌ膜の厚みとＬＮ膜と電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。図１６及び図１７は、１次の弾性表面波についての結果である。
【００８３】
図１６及び図１７において、Ａｌからなる電極のメタライゼーション比は０．５とした。
【００８４】
図１６から明らかなように、ＬＮ膜の厚みは０．１４λ、０．１９λ、０．３λまたは０．８λのいずれの場合においても、Ａｌ膜の厚みが厚くなるにつれて反射係数は高くなることがわかる。特に、図１７より、Ａｌ膜の厚みが０．０２λ以上、０．１６λ以下であれば、電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高くし得ることがわかる。
【００８５】
従って、０．１の大きな反射係数と、０．１以上の電気機械結合係数ｋ２を得るには、Ａｌ膜の厚みは０．０２λ〜０．１６λの範囲とすればよいことがわかる。より好ましくは、Ａｌ膜の厚みを０．０４λ以上、０．１３λ以下とすることにより、反射係数を０．１５以上、電気機械結合係数ｋ２を０．１５以上とし得ることがわかる。
【００８６】
図１８及び図１９は、オイラー角（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板において、Ａｌ膜を０．１５λとし、圧電基板上に０．０２λのＡｌ膜からなる電極を形成した弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と反射係数及び電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。
【００８７】
図１８から明らかなように、メタライゼーション比が大きくなるにつれて、反射係数は低下する傾向がある。もっとも、メタライゼーション比が０．２〜０．７の範囲であれば、図１８より図１９から明らかなように、反射係数を０．０６以上と高くしつつ、電気機械結合係数ｋ２を０．１６以上と高くし得ることがわかる。すなわち、メタライゼーション比を０．２〜０．７の範囲内とすることにより、反射係数を高め得るだけでなく、電気機械結合係数ｋ２を充分な大きさとし得ることがわかる。より好ましくは、メタライゼーション比は、０．２〜０．６５の範囲であり、その場合には、反射係数を０．０７以上、電気機械結合係数ｋ２を０．１７以上とより一層高くし得ることがわかる。
【００８８】
図２０及び図２１は、オイラー角（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜を０．１４λとし、圧電基板上に０．０１９λのＡｌ膜からなる電極を形成した弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と反射係数及び電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。
【００８９】
図２０から明らかなように、メタライゼーション比が大きくなるにつれて、反射係数は低下する傾向がある。もっとも、メタライゼーション比が０．２〜０．７の範囲であれば、図２０及び図２１から明らかなように、反射係数を０．０６以上と高くしつつ、電気機械結合係数ｋ２を０．１５５以上と高くし得ることがわかる。すなわち、メタライゼーション比を０．２〜０．７の範囲内とすることにより、反射係数を高め得るだけでなく、電気機械結合係数ｋ２を充分な大きさとし得ることがわかる。より好ましくは、メタライゼーション比は、０．２〜０．６２の範囲であり、その場合には、反射係数を０．０７以上、電気機械結合係数ｋ２を０．１７以上とより一層高くし得ることがわかる。
【００９０】
〔周波数温度係数ＴＣＦ〕
図２２は、オイラー角（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板のＬＮ膜の厚みと、１次の弾性表面波の周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。
【００９１】
図２２から明らかなように、ＬＮ膜の膜厚を、前述した好ましい膜厚範囲０．１３λ〜０．８λの範囲で変化させたとしても、ＴＣＦがあまり変化しないことがわかる。従って、この特性については、ＬＮ膜の膜厚を変化させてもさほど変化しないことがわかる。
【００９２】
図２３は、オイラー角（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板のＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。
【００９３】
図２３から明らかなように、ＬＮ膜の膜厚を、前述した好ましい膜厚範囲０．１３λ〜０．８λの範囲で変化させたとしても、ＴＣＦがあまり変化しないことがわかる。従って、この特性については、ＬＮ膜の膜厚を変化させてもさほど変化しないことがわかる。
【００９４】
〔（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／ａ面サファイア〕
本願発明者は、Ｒ面サファイアに変えて、ａ面サファイアを用いた場合にも、ＬＮ膜の結晶方位を特定の方位とすれば、弾性表面波の音速の向上及び電気機械結合係数ｋ２の増大を図り得ることを見出した。
【００９５】
図２４及び図２５は、オイラー角（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，９０°，０°）のａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速または電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。
【００９６】
図２４から明らかなように、０次の弾性表面波の場合に比べ、１次、２次及び３次の弾性表面波を用いた場合、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下の範囲においてＬＮ膜の膜厚の如何に係わらず、弾性表面波の音速を速め得ることができる。
【００９７】
１次の弾性表面波の場合、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下の全範囲において、４５００ｍ／秒以上の音速が得られ、２次の弾性表面波では、４８００ｍ／秒以上の音速が得られ、３次の弾性表面波では、５１００ｍ／秒以上の高音速が得られる。
【００９８】
他方、図２５から明らかなように、ＬＮ膜の膜厚が０．１λ以上、１．６λ以下の全範囲において、１次の弾性表面波を用いた場合電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高め得ることがわかる。
【００９９】
また、２次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．５λ以上、１．６λ以下の厚みとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２５以上とすることができ、３次の弾性表面波では、ＬＮ膜の膜厚を０．６λ以上、１．６λ以下とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２以上と高め得ることがわかる。
【０１００】
〔（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／ａ面サファイア〕
図２６及び図２７は、オイラー角（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，９０°，０°）のａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速または電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。
【０１０１】
図２６から明らかなように、０次の弾性表面波の場合に比べ、１次、２次、３次の弾性表面波を用いた場合、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下の範囲においてＬＮ膜の膜厚の如何に係わらず、弾性表面波の音速を速め得ることができる。
【０１０２】
１次の弾性表面波の場合、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下の全範囲において、４５００ｍ／秒以上の音速が得られ、２次の弾性表面波では、４８００ｍ／秒以上の音速が得られ、３次の弾性表面波では、５１００ｍ／秒以上の高音速が得られる。
【０１０３】
他方、図２７から明らかなように、ＬＮ膜の膜厚が０．１λ以上、１．６λ以下の全範囲において、１次の弾性表面波を用いた場合電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高め得ることがわかる。また、２次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．０５λ以上、１．６λ以下の厚みとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２以上とすることができ、３次の弾性表面波では、ＬＮ膜の膜厚を０．０６λ以上、１．６λ以下とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２以上と高め得ることがわかる。
【０１０４】
〔（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／ｍ面サファイア〕
本願発明者は、Ｒ面サファイアやａ面サファイアだけでなく、ｍ面サファイア、すなわちオイラー角（９０°，９０°，０°）のサファイア基板上に、ＬＮ膜を積層してなる圧電基板を用いた場合においても、ＬＮ膜の結晶方位を特定の方位とすることにより、大きな電気機械結合係数及び高い音速の得ることを見出した。
【０１０５】
図２８及び図２９は、オイラー角（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（９０°，９０°，０°）のｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速または電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。
【０１０６】
図２８から明らかなように、０次の弾性表面波の場合に比べ、１次、２次または３次の弾性表面波を用いた場合、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下の範囲においてＬＮ膜の膜厚の如何に係わらず、弾性表面波の音速を速め得ることができる。
【０１０７】
１次の弾性表面波の場合、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下の全範囲において、４５００ｍ／秒以上の音速が得られ、２次の弾性表面波では、４８００ｍ／秒以上の音速が得られ、３次の弾性表面波では、５１００ｍ／秒以上の高音速が得られる。
【０１０８】
他方、図２９から明らかなように、ＬＮ膜の膜厚が０．１λ以上、１．６λ以下の全範囲において、１次の弾性表面波を用いた場合電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高め得ることがわかる。また、２次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．５λ以上、１．６λ以下の厚みとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２以上とすることができ、３次の弾性表面波では、ＬＮ膜の膜厚を０．０６λ以上、１．６λ以下とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０１５以上と高め得ることがわかる。
【０１０９】
〔（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／ｍ面サファイア〕
図３０及び図３１は、オイラー角（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（９０°，９０°，０°）のｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速または電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。
【０１１０】
図３０から明らかなように、０次の弾性表面波の場合に比べ、１次、２次及び３次の弾性表面波を用いた場合、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下の範囲においてＬＮ膜の膜厚の如何に係わらず、弾性表面波の音速を速め得ることができる。
【０１１１】
１次の弾性表面波の場合、ＬＮ膜の膜厚が１．６λ以下の全範囲において、４５００ｍ／秒以上の音速が得られ、２次の弾性表面波では、４８００ｍ／秒以上の音速が得られ、３次の弾性表面波では、５１００ｍ／秒以上の高音速が得られる。
【０１１２】
他方、図３１から明らかなように、ＬＮ膜の膜厚が０．１λ以上、１．６λ以下の全範囲において、１次の弾性表面波を用いた場合電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高め得ることがわかる。また、２次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．５λ以上、１．６λ以下の厚みとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０４以上とすることができ、３次の弾性表面波では、ＬＮ膜の膜厚を０．０６λ以上、１．６λ以下とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０３以上と高め得ることがわかる。
【符号の説明】
【０１１３】
１…弾性表面波装置
２…圧電基板
２ａ…サファイア基板
２ｂ…ＬｉＮｂＯ３膜
３…電極
４…短絡電極
【図１】
2011037145.tif 000003
【図２】
2011037145.tif 000004
【図３】
2011037145.tif 000005
【図４】
2011037145.tif 000006
【図５】
2011037145.tif 000007
【図６】
2011037145.tif 000008
【図７】
2011037145.tif 000009
【図８】
2011037145.tif 000010
【図９】
2011037145.tif 000011
【図１０】
2011037145.tif 000012
【図１１】
2011037145.tif 000013
【図１２】
2011037145.tif 000014
【図１３】
2011037145.tif 000015
【図１４】
2011037145.tif 000016
【図１５】
2011037145.tif 000017
【図１６】
2011037145.tif 000018
【図１７】
2011037145.tif 000019
【図１８】
2011037145.tif 000020
【図１９】
2011037145.tif 000021
【図２０】
2011037145.tif 000022
【図２１】
2011037145.tif 000023
【図２２】
2011037145.tif 000024
【図２３】
2011037145.tif 000025
【図２４】
2011037145.tif 000026
【図２５】
2011037145.tif 000027
【図２６】
2011037145.tif 000028
【図２７】
2011037145.tif 000029
【図２８】
2011037145.tif 000030
【図２９】
2011037145.tif 000031
【図３０】
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【図３１】
2011037145.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月6日(2012.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の正面断面図である。
【図２】図２は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図３】図３は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板および（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／短絡電極／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板(図１と図３３の両構造)におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図４】図４は、（９０°，９０°，５°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，５°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図５】図５は、（９０°，９０°，５°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，５°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板（図１の構造）におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図６】図６は、（９０°，９０°，ψ）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，ψ）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、伝搬方向ψと、１次の弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図７】図７は、（９０°，９０°，ψ）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，ψ）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、伝搬方向ψと、１次の弾性表面波の電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図８】図８は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図９】図９は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、（０°，９０°，５°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，５°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、（０°，９０°，５°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，５°）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、（０°，９０°，ψ）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，ψ）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、伝搬方向ψと、１次の弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、（０°，９０°，ψ）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，ψ）Ｒ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、伝搬方向ψと、１次の弾性表面波の電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上にＡｌ膜のすだれ状電極が積層されている１次の弾性表面波装置におけるＬＮ膜の厚みと、Ａｌ膜のすだれ状電極の厚みと、反射係数との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上にＡｌ膜のすだれ状電極が積層されている１次の弾性表面波装置におけるＬＮ膜の厚みと、Ａｌ膜のすだれ状電極の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上にＡｌ膜のすだれ状電極が積層されている１次の弾性表面波装置におけるＬＮ膜の厚みと、Ａｌ膜のすだれ状電極の厚みと、反射係数との関係を示す図である。
【図１７】図１７は、（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上にＡｌ膜のすだれ状電極が積層されている１次の弾性表面波装置におけるＬＮ膜の厚みと、Ａｌ膜のすだれ状電極の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜の厚みが０．１５λ、圧電基板上に形成されるＡｌ膜のすだれ状電極の厚みが０．０２λである弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と反射係数との関係を示す図である。
【図１９】図１９は、（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜の厚みが０．１５λ、圧電基板上に形成されるＡｌ膜のすだれ状電極の厚みが０．０２λである弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜の厚みが０．１４λ、圧電基板上に形成されるＡｌ膜のすだれ状電極の厚みが０．０１９λである弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と反射係数との関係を示す図である。
【図２１】図２１は、（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜の厚みが０．１４λ、圧電基板上に形成されるＡｌ膜の厚みが０．０１９λである弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。
【図２３】図２３は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面のサファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。
【図２４】図２４は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，９０°，０°）ａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図２５】図２５は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，９０°，０°）ａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図２６】図２６は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，９０°，０°）ａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図２７】図２７は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（０°，９０°，０°）ａ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図２８】図２８は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（９０°，９０°，０°）ｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図２９】図２９は、（０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（９０°，９０°，０°）ｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図３０】図３０は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（９０°，９０°，０°）ｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、弾性表面波の音速との関係を示す図である。
【図３１】図３１は、（９０°，９０°，０°）ＬＮ膜／（９０°，９０°，０°）ｍ面サファイアからなる圧電基板におけるＬＮ膜の厚みと、電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図３２】図３２は、従来の弾性表面波装置を示す斜視図である。
【図３３】図３３は、すだれ状電極／ＬＮ膜／短絡電極／サファイア構造の正面断面図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
〔ＬｉＮｂＯ３／Ｒ面サファイア〕
図２及び図３は、オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイア基板上に、オイラー角（９０°，９０°，０°）のＬｉＮｂＯ３を形成してなる圧電基板を用いた場合のＬｉＮｂＯ３膜の厚みと、弾性表面波の音速及び図１および図３３に示す両構造の電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。図１と図３３の構造による電気機械結合係数ｋ２の違いはそれほど大きくない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
また、図９より、このような音速の速い範囲で、０次の弾性表面波を用いた場合に比べて、１次の弾性表面波、２次の弾性表面波及び３次の弾性表面波を用いた場合、電気機械結合係数ｋ２を高め得ることがわかる。特に１次の弾性表面波の場合、ＬＮ膜の膜厚が０〜１．６λの全範囲で、０次の弾性表面波の場合に比べて、電気機械結合係数を高め得ることがわかる。好ましくは、図９から、ＬＮ膜の膜厚を０．１λ〜１．６λとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高めることができ、より好ましくは、ＬＮ膜の膜厚を０．１４λ〜１．２λの範囲とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．１５以上とすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
また、図１３から明らかなように、伝搬方位ψを２０°よりも小さくすることにより、大きな電気機械結合係数ｋ２が得られることがわかる。好ましくは、伝搬方位ψは１５°以下であることが望ましく、それによって電気機械結合係数ｋ２を高めることができ、図１３より、より好ましくは、伝搬方位ψを１０°以下とすれば、大きな電気機械結合係数ｋ２を得られることがわかる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
図１４及び図１５は、オイラー角（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上に、Ａｌ膜を積層した弾性表面波装置におけるＡｌ膜の厚みと、ＬＮ膜の厚みと、反射係数との関係を示す図及びＡｌ膜の厚みとＬＮ膜の厚みと電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。図１４及び図１５は、１次の弾性表面波についての結果である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
従って、０．１以上の大きな反射係数と、０．０８以上の電気機械結合係数ｋ２を得るには、Ａｌ膜の厚みは０．０２λ〜０．１６λの範囲とすればよいことがわかる。より好ましくは、Ａｌ膜の厚みを０．０４λ以上、０．１４λ以下とすることにより、反射係数を０．１５以上、電気機械結合係数ｋ２を０．１以上とし得ることがわかる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
図１６及び図１７は、オイラー角（０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板上に、Ａｌ膜を積層した弾性表面波装置におけるＡｌ膜の厚みと、ＬＮ膜の厚みと、反射係数との関係を示す図及びＡｌ膜の厚みとＬＮ膜の厚みと電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。図１６及び図１７は、１次の弾性表面波についての結果である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
図１８及び図１９は、オイラー角（９０°，９０°，０°）のＬＮ膜／オイラー角（０°，１２２°２３′，０°）のＲ面サファイアからなる圧電基板において、ＬＮ膜を０．１５λとし、圧電基板上に０．０２λのＡｌ膜からなる電極を形成した弾性表面波装置における電極のメタライゼーション比と反射係数及び電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
他方、図２７から明らかなように、ＬＮ膜の膜厚が０．１λ以上、１．６λ以下の全範囲において、１次の弾性表面波を用いた場合電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高め得ることがわかる。また、２次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．５λ以上、１．６λ以下の厚みとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２以上とすることができ、３次の弾性表面波では、ＬＮ膜の膜厚を０．６λ以上、１．６λ以下とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２以上と高め得ることがわかる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
他方、図２９から明らかなように、ＬＮ膜の膜厚が０．１λ以上、１．６λ以下の全範囲において、１次の弾性表面波を用いた場合電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高め得ることがわかる。また、２次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．５λ以上、１．６λ以下の厚みとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０２以上とすることができ、３次の弾性表面波では、ＬＮ膜の膜厚を０．６λ以上、１．６λ以下とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０１５以上と高め得ることがわかる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
他方、図３１から明らかなように、ＬＮ膜の膜厚が０．１λ以上、１．６λ以下の全範囲において、１次の弾性表面波を用いた場合電気機械結合係数ｋ２を０．１以上と高め得ることがわかる。また、２次の弾性表面波を用いた場合には、ＬＮ膜の膜厚を０．５λ以上、１．６λ以下の厚みとすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０４以上とすることができ、３次の弾性表面波では、ＬＮ膜の膜厚を０．６λ以上、１．６λ以下とすることにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０３以上と高め得ることがわかる。
【国際調査報告】
2011037145.tif 000036
2011037145.tif 000037
2011037145.tif 000038
2011037145.tif 000039